CN113188657A - 单光子探测装置及包括该单光子探测装置的量子通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单光子探测装置及包括该单光子探测装置的量子通信设备，单光子探测装置包括：壳体；制冷组件，设置在壳体的腔体底部；单光子雪崩光电二极管，安装在制冷组件上；输入光纤，经由壳体的侧壁上的通孔从壳体外向内引入并连接到单光子雪崩光电二极管；封装盖，结合到壳体的顶部开口以将制冷组件和单光子雪崩光电二极管封装到壳体内部，其中，封装盖上形成有第一电路图案和第二电路图案，第一电路图案电连接到单光子雪崩光电二极管并将探测到的光信号传送给数据交互接口，第二电路图案电连接到制冷组件并将经由供电接口获得的电力输送给制冷组件。本发明提供的单光子探测装置能够避免因向外露出接口而开设槽孔从而降低装置气密性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种单光子探测装置及包括该单光子探测装置的量子通信设备。
背景技术
在量子保密通讯及量子计算技术领域中，通常使用单光子探测装置来对量子光进行探测，以获得量子态所传递的信息。由于单光子探测装置内的单光子雪崩光电二极管必须置于密封性非常稳定的低温（例如，-40℃或-50℃）环境下才能进行正常工作，因此要求单光子探测装置具有非常可靠、稳定的气密性。
在相关技术中，由于设置在单光子探测装置的驱动控制电路板上的供电接口和数据交互接口必须向外露出才能接入外部电源并将探测到的光信号传送给其他装置或设备，因此需要在单光子探测装置的壳体的侧壁上开设横向槽孔，以使得驱动控制电路板能够从壳体的侧面***并设置到壳体内部，同时使得驱动控制电路板的部分向外露出以设置供电接口和数据交互接口。然而，这种横向槽孔的面积较大，尽管可使用硅胶对该槽孔进行密封，但是硅胶会随着温度或环境的变化而从密封处脱落或分离，因而仍然无法确保单光子探测装置的气密性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单光子探测装置及包括该单光子探测装置的量子通信设备。
根据本发明的一方面，提供一种单光子探测装置，所述单光子探测装置包括：壳体；制冷组件，设置在所述壳体的腔体底部；单光子雪崩光电二极管，安装在所述制冷组件上；输入光纤，经由设置在所述壳体的侧壁上的通孔从所述壳体外向内引入并连接到所述单光子雪崩光电二极管；以及封装盖，结合到所述壳体的顶部开口以将所述制冷组件和所述单光子雪崩光电二极管封装到所述壳体的腔体内部，其中，所述封装盖上形成有第一电路图案和第二电路图案，所述第一电路图案电连接到所述单光子雪崩光电二极管并将所述单光子雪崩光电二极管从所述输入光纤探测到的光信号传送给设置在所述封装盖上的数据交互接口，所述第二电路图案电连接到所述制冷组件并将经由设置在所述封装盖上的供电接口从外部电源获得的电力输送给所述制冷组件。
根据本发明的一个实施例，所述封装盖由铝基板和陶瓷板中的一种制成。
根据本发明的一个实施例，所述第一电路图案和所述第二电路图案形成在所述封装盖的上表面。
根据本发明的一个实施例，所述封装盖中还设置有贯穿所述封装盖的第一过线孔，与所述单光子雪崩光电二极管电连接的线缆穿过所述第一过线孔，以从所述壳体内向外引出并且电连接到所述第一电路图案。
根据本发明的一个实施例，所述线缆经由设置在所述封装盖的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在所述封装盖上，以使所述线缆电连接到所述第一电路图案并且密封所述第一过线孔。
根据本发明的一个实施例，所述封装盖中还设置有贯穿所述封装盖的第二过线孔，与所述制冷组件电连接的线缆穿过所述第二过线孔，以从所述壳体内向外引出并且电连接到所述第二电路图案。
根据本发明的一个实施例，所述线缆经由设置在所述封装盖的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在所述封装盖上，以使所述线缆电连接到所述第二电路图案并且密封所述第二过线孔。
根据本发明的一个实施例，所述过线孔的孔壁表面上涂覆有介电层。
根据本发明的一个实施例，所述封装盖的一端延伸到所述壳体的边缘以外，以安装所述数据交互接口和所述供电接口。
根据本发明的一个实施例，所述单光子探测装置还包括：热沉，设置在所述单光子雪崩光电二极管与所述制冷组件之间，并且包围所述单光子雪崩光电二极管。
根据本发明的一个实施例，所述热沉由铜、铝、石墨、金、银和导热型陶瓷中的一种制成。
根据本发明的一个实施例，所述单光子探测装置还包括：密封圈，设置在所述封装盖与所述壳体的顶部开口之间，以密封所述封装盖与所述壳体的顶部开口之间的间隙。
根据本发明的另一方面，提供一种量子通信设备，所述量子通信设备包括如前所述的单光子探测装置。
根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置不仅能够有效地避免因向外露出单光子探测装置的数据交互接口和供电接口而在单光子探测装置的壳体的侧壁上开设横向槽孔从而降低单光子探测装置的气密性的问题，而且还能够使单光子探测装置的更微型化。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的整体结构的示意图。
图2示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的整体结构的***图。
图3示出了沿着图1所示的方向A截取的根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的整体结构的截面图。
图4示出了沿着图1所示的方向A截取的根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的整体结构的另一截面图。
图5示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的俯视图。
具体实施方式
本发明的构思在于：将用于单光子探测装置的驱动控制电路形成在封装盖上，以使安装在封装盖上的数据交互接口和供电接口向外露出并提供给单光子探测装置所连接的外部装置和外部电源，同时有效地避免因向外露出数据交互接口和供电接口而在单光子探测装置的壳体的侧壁上开设槽孔从而降低单光子探测装置的气密性的问题。这样不仅能够为封装在单光子探测装置内的单光子雪崩光电二极管提供稳定、可靠的气密性工作环境，而且还能够有效地阻断单光子探测装置内外空气之间的交换渗漏，使得单光子探测装置内保持在密封性非常稳定、可靠的低温环境下。
下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的整体结构的示意图100。图2示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的整体结构的***图200。图3示出了沿着图1所示的方向A截取的根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的整体结构的截面图300。图4示出了沿着图1所示的方向A截取的根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的整体结构的另一截面图400。图5示出了根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置的俯视图500。
参照图1、图2、图3、图4和图5，根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置可包括壳体101、制冷组件102、单光子雪崩光电二极管103、输入光纤104和封装盖105。
在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测装置中，制冷组件102可设置在壳体101的腔体底部，单光子雪崩光电二极管103可安装在制冷组件102上，输入光纤104可经由设置在壳体101的侧壁上的通孔从壳体101外向内引入并连接到单光子雪崩光电二极管103，封装盖105可结合到壳体101的顶部开口以将制冷组件102和单光子雪崩光电二极管103封装到壳体101的腔体内部。
在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测装置中，封装盖105上还形成有第一电路图案106和第二电路图案107，第一电路图案106可电连接到单光子雪崩光电二极管103并将单光子雪崩光电二极管103从输入光纤104探测到的光信号传送给设置在封装盖105上的数据交互接口111，数据交互接口111可包括被配置为向单光子探测装置发送控制信号的控制接口以及被配置为向外传送单光子探测装置所探测到的光信号的数据接口，第二电路图案107可电连接到制冷组件102并将经由设置在封装盖105上的供电接口112从外部电源获得的电力输送给制冷组件102。
可以看出，具有上述结构的单光子探测装置能够有效地避免因向外露出数据交互接口111和供电接口112而在单光子探测装置的壳体101的侧壁上开设槽孔从而降低单光子探测装置的气密性的问题，因此，这种单光子探测装置能够为封装在单光子探测装置内的单光子雪崩光电二极管103提供更稳定、更可靠的气密性工作环境，并且能够有效地阻断单光子探测装置内外空气之间的交换渗漏。
下面，将继续参照附图来进一步详细描述在上述单光子探测装置中针对第一电路图案106和第二电路图案107的电连接和进一步的密封措施。
在一个示例中，如图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测装置，第一电路图案106和第二电路图案107可形成在封装盖105的上表面，以方便对第一电路图案106和第二电路图案107的线路检测。
在该示例中，封装盖105中还设置有贯穿封装盖105的第一过线孔109，与单光子雪崩光电二极管103电连接的线缆穿过第一过线孔109，以从壳体101内向外引出并且电连接到第一电路图案106。相应地，该线缆可经由设置在封装盖105的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在封装盖105上，使该线缆电连接到第一电路图案106并且密封第一过线孔109。
在该示例中，封装盖105中还设置有贯穿封装盖105的第二过线孔110，与制冷组件102电连接的线缆穿过第二过线孔110，以从壳体101内向外引出并且电连接到第二电路图案107。相应地，该线缆可经由设置在封装盖105的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在封装盖105上，以使该线缆电连接到第二电路图案107并且密封第二过线孔110。
另外，在该示例中，第一过线孔109和第二过线孔110的孔壁表面上可涂覆有介电层（未示出），以保持线缆与过线孔之间的绝缘性，确保信号传输过程的可靠性。
应当理解的是，尽管图1、图2、图3、图4和图5示出了第一电路图案106和第二电路图案107可形成在封装盖105的上表面上的示例，但是该示例仅仅是示意性的，本发明并不限于此，例如，根据需要，第一电路图案106和第二电路图案107也可形成在封装盖105的下表面上。
另外，还应当理解的是，尽管图1、图2、图3、图4和图5示出了封装盖105的一端可延伸到壳体101的边缘以外以安装数据交互接口111和供电接口112的示例，但是该示例也仅仅是示意性的，本发明并不限于此，例如，根据需要，数据交互接口111和供电接口112也可直接安装在封装盖105上的其他部位，这可取决于上述接口的形状和安装方式。
另外，在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测装置中，根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置还可包括热沉108，热沉108可设置在单光子雪崩光电二极管103与制冷组件102之间，并且包围单光子雪崩光电二极管103。在示例中，热沉108可使用，诸如，但不限于，以下材料中的一种制成：铜、铝、石墨、金、银和导热型陶瓷。这样可利用热沉的热导性将制冷组件102的温度传递到单光子雪崩光电二极管103的周边，从而实现对单光子雪崩光电二极管103的均匀制冷。
另外，在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测装置中，根据本发明的示例性实施例的单光子探测装置还可包括密封圈（未示出），该密封圈可设置在封装盖105与壳体101的顶部开口之间，以密封封装盖105与壳体101的顶部开口之间的间隙。然而，本发明并不限于此，根据需要，还可使用诸如，但不限于，硅胶来密封封装盖105与壳体101的顶部开口之间的间隙，只要能够确保单光子探测装置具有稳定的气密性即可。
另外，在图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测装置中，封装盖105可使用诸如，但不限于，以下材料中的一种制成：铝基板和陶瓷板。
由于图1、图2、图3、图4和图5所示的单光子探测装置能够有效地避免因向外露出数据交互接口111和供电接口112而在单光子探测装置的壳体101的侧壁上开设槽孔从而降低单光子探测装置的气密性的问题，因此上述单光子探测装置能够为单光子雪崩光电二极管103提供更稳定、更可靠的气密性工作环境。因此，应用上述单光子探测装置的量子通信设备（诸如，但不限于，量子密钥分发（quantum key distribution，简称QKD）***中的发射端和/或接收端）能够进一步提升量子通信设备的测量灵敏度和通信速度。相应地，本发明还可提供一种包括上述单光子探测装置的量子通信设备。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。
Claims (13)
1.一种单光子探测装置，包括：
壳体；
制冷组件，设置在所述壳体的腔体底部；
单光子雪崩光电二极管，安装在所述制冷组件上；
输入光纤，经由设置在所述壳体的侧壁上的通孔从所述壳体外向内引入并连接到所述单光子雪崩光电二极管；以及
封装盖，结合到所述壳体的顶部开口以将所述制冷组件和所述单光子雪崩光电二极管封装到所述壳体的腔体内部，
其中，所述封装盖上形成有第一电路图案和第二电路图案，所述第一电路图案电连接到所述单光子雪崩光电二极管并将所述单光子雪崩光电二极管从所述输入光纤探测到的光信号传送给设置在所述封装盖上的数据交互接口，所述第二电路图案电连接到所述制冷组件并将经由设置在所述封装盖上的供电接口从外部电源获得的电力输送给所述制冷组件。
2.根据权利要求1所述的单光子探测装置，其中，所述封装盖由铝基板和陶瓷板中的一种制成。
3.根据权利要求1所述的单光子探测装置，其中，所述第一电路图案和所述第二电路图案形成在所述封装盖的上表面。
4.根据权利要求3所述的单光子探测装置，其中，所述封装盖中还设置有贯穿所述封装盖的第一过线孔，与所述单光子雪崩光电二极管电连接的线缆穿过所述第一过线孔，以从所述壳体内向外引出并且电连接到所述第一电路图案。
5.根据权利要求4所述的单光子探测装置，其中，所述线缆经由设置在所述封装盖的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在所述封装盖上，以使所述线缆电连接到所述第一电路图案并且密封所述第一过线孔。
6.根据权利要求3所述的单光子探测装置，其中，所述封装盖中还设置有贯穿所述封装盖的第二过线孔，与所述制冷组件电连接的线缆穿过所述第二过线孔，以从所述壳体内向外引出并且电连接到所述第二电路图案。
7.根据权利要求6所述的单光子探测装置，其中，所述线缆经由设置在所述封装盖的上表面上的相应孔口处的焊盘而被焊接在所述封装盖上，以使所述线缆电连接到所述第二电路图案并且密封所述第二过线孔。
8.根据权利要求4或6所述的单光子探测装置，其中，所述过线孔的孔壁表面上涂覆有介电层。
9.根据权利要求1所述的单光子探测装置，其中，所述封装盖的一端延伸到所述壳体的边缘以外，以安装所述数据交互接口和所述供电接口。
10.根据权利要求1所述的单光子探测装置，还包括：
热沉，设置在所述单光子雪崩光电二极管与所述制冷组件之间，并且包围所述单光子雪崩光电二极管。
11.根据权利要求10所述的单光子探测装置，其中，所述热沉由铜、铝、石墨、金、银和导热型陶瓷中的一种制成。
12.根据权利要求1所述的单光子探测装置，还包括：
密封圈，设置在所述封装盖与所述壳体的顶部开口之间，以密封所述封装盖与所述壳体的顶部开口之间的间隙。
13.一种量子通信设备，包括：
权利要求1至12中任意一项所述的单光子探测装置。
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